22°ローウィッツアーク
別名
英名
氷晶
配向
レア度
Lowitz arc
六角板状氷晶
六角柱状氷晶
ローウィッツ配向
ローウィッツ軸で振動する
パリー配向
上部・下部★★★★☆☆☆☆
年に数回(大規模なら数年に1回)
中部★★★★★★☆☆
数年に1回
概説
●ローウィッツアークとは
見た目は22°ハロを囲む様に伸びる、幻日を通過する虹色（内側が赤、外側が紫）の弧で、3種類存在する。
一番上の画像のような弧の見た目で出現する（大規模ローウィッツアーク）ことはまず無く、実際は幻日から内暈へ接線方向に伸びる短い線分程度にしか見えない（小規模ローウィッツアーク）ことがほとんどである。
上部
幻日を通過し、幻日の上で内暈と接する弧。非常に良質なローウィッツ氷晶があれば、（低い光源高度のとき）上部パリーアークと接する像が見られるのが典型的。
upper Lowitz arc,Lowitz arc Bとも呼ばれる。
中部（環状）
幻日を通過し、そのまま22°ハロを一回り大きく囲む弧。最も珍しい。
middle (circular) Lowitz arc,Lowitz arc Cとも呼ばれる。
下部
幻日を通過し、幻日の下で内暈と接する弧。最も一般的。
upper Lowitz arc,Lowitz arc Aとも呼ばれる。
時に「ローウィッツアーク」という言葉が単に下部ローウィッツアークのみを指すことがあり、そう認識している者も少なからずいる。3種のローウィッツアークの中で最も現れやすいのが下部であることや、ローウィッツアークが最初に記録されたスケッチには下部ローウィッツアークしか記されていなかったことに起因するのだろう。[1] このような背景から、ローウィッツアークの印象が下部のみになってしまうことは必然であると言えよう。
ローウィッツアークを作るときの氷晶の姿勢では46°ローウィッツアークやシュルテスアーク、120°アークが現れる可能性が高い。
時に上部や下部は薄いにも関わらず中部ローウィッツアークが非常に明瞭に出現するという特異なディスプレイが観測されることがある。これは氷晶の形に秘密があり、氷晶が「菱形」だと光路の関係上中部ローウィッツアークが支配的に出現するようになる為と考えられている。
Atmospheric Optics
中部ローウィッツアークが目立つディスプレイ
⇒ Fine Lowitz arcs in lunar diamond dust display
The Halo Vault
中部ローウィッツアークが目立つディスプレイ
●歴史
1790年6月18日、ロシアのサンクトペテルブルグにて、Tobias Lowitzによって初めて観測され、1790年10月18日にサンクトペテルブルグ科学アカデミーに報告された。[2] しかし近年までローウィッツアークの存在に懐疑的な意見も多かった。
1994年8月31日、フィンランドのオウル州での劇的なディスプレイで、明瞭なローウィッツアークを複数の観測者によって捕らえられたことによって、その存在が認められるようになった。
●出現頻度
元々ローウィッツアークは極めて珍しいものとされていたが、短い弧のローウィッツアークだと見逃されているだけで、実は比較的頻繁に出現するとされている。
ただし大きな弧を描くローウィッツアークは主にダイヤモンドダスト中に観測されることがほとんどで、巻層雲で出現するのは数年に1回程度と、看板に偽り無しである。
●原理
（六角板状氷晶の場合）c軸を垂直にして、c軸を中心に回転しローウィッツ軸（六角形の対角線）を中心に振動しているとき、側面と一つ飛ばした側面とで形成される60°プリズムを光が通ることで起きるとされる。ローウィッツ軸での回転があるため、60°プリズムの光路が3種類存在することとなり、それぞれが上部・中部・下部に対応する。
省略していない上部・中部・下部ローウィッツアークの光路。
上部の光路は「ローウィッツ軸に接さない面」→「一つ飛んだローウィッツ軸に接する面」。下部の光路はその逆。中部の光路は「ローウィッツ軸に接する面」→「同側のローウィッツ軸に接する面」。
ちなみに、シミュレーションで氷晶の形状を正六角形と設定すると、ローウィッツアークの明度分布が実測と異なってしまう。そのため実際には、少し歪な六角形の氷晶によって形成されるのではないかと考えられている。
またローウィッツ氷晶について、a軸中心の運動が「回転派」と「振動派」に分かれていたり、a軸で振動したパリー配向の六角柱状氷晶の可能性が挙げられたりと、原理については活発な議論の最中である。
●変形・出現光源高度
光源高度によって大きく形を変える。更に氷晶の形状や配向の違い等でも振る舞いが変化するため、以下は一例でしかないことに注意してほしい。
また、一般的にローウィッツ軸での揺動が小さいほどローウィッツアークは短くなり（小規模ローウィッツアーク）、揺動が大きいほど長くなる（大規模ローウィッツアーク）。
上部ローウィッツアーク
光源高度0°では幻日を貫く、左右に分かれた短い弧である。光源高度約10数°で上部分が繋がり∩型となる。更に上がると上方向に膨らんでいたアーチが小さくなり22°ハロに近づいていく。光源高度約20°程で環状ローウィッツアークより内側に位置する。光源高度60°以上で22度ハロから離れて消滅していく。
中部（環状）ローウィッツアーク
光源高度数°までは22°ハロとオーバーラップし判別できない。太陽高度が上がるにつれ、殻を割るように左右に分かれてUの字になる(22度ハロには接さない)。太陽高度50度あたりで消滅する。
下部ローウィッツアーク
光源高度0°では幻日を貫く、左右に分かれた短い弧である。光源高度約40～50°で下部分が繋がりU字となる。更に上がると下方向に膨らんでいたアーチが小さくなり22°ハロに近づいていく。光源高度70～80°で上部分も繋がり円形となり、徐々に22°ハロから離れ同心円となる。
[1] The 1790 St Petersburg Display Atmospheric Optics
[2] Tobias Lowitz 「Déscription d'un météore remarquable, observé à St. Pétersbourg le 18 Juin 1790」 発表1790、公開1794
関連
●月のローウィッツアーク
月の光で起きるローウィッツアークのこと。言うまでもなく通常のものより格段に珍しい。
Atmospheric Optics
月光による3種のローウィッツアーク
Atmospheric Optics
月光による中部、下部ローウィッツアーク
観測例
Atmospheric Optics
上部凹型パリーアークに接する上部ローウィッツアーク
⇒ Rare Lowitz Arc, Alpharetta, Georgia
Atmospheric Optics
上部凹型パリーアークに接する上部ローウィッツアーク
⇒ Superb Lowitz and helic arcs from the USA
The Halo Vault
上部凹型パリーアークに接する上部ローウィッツアーク
⇒ Classic Lowitz Arcs over Porto, Portugal
Atmospheric Optics
3種のローウィッツアーク
Atmospheric Optics
上部、下部ローウィッツアーク